（作者：Giovanni Calcerano）在我們的科技世界中，電池無處不在：電話、筆記本電腦、家用電器，還有便攜式設備、玩具和工業應用。 為了滿足當今消費者的期望，這些電池必須變得越來越輕、功能越來越強大並且使用壽命更長。 目前該領域最先進的技術是鋰離子電池，但該技術價格昂貴，並且涉及易燃液體，如果電池使用不當，可能會帶來安全風險。 為了滿足新興市場（例如電動汽車和可再生能源存儲）不斷增長的需求，Empa（瑞士聯邦材料科學與技術實驗室）和日內瓦大學（UNIGE）的研究人員設計了一種新的電池原型，被稱為“全固態”：這種電池具有存儲更多能量的潛力，同時保持高水平的安全性和可靠性，並且是鈉基電池，是鋰的經濟替代品。
電池要工作，必須具有三個關鍵組件：陽極（負極）、陰極（正極）和電解質。 當今電子設備中使用的大多數電池都是鋰離子電池。 當電池充電時，鋰離子離開陰極並移動到陽極。 為了避免形成鋰枝晶（一種可以引起電池短路的微小石筍），商用電池的陽極由石墨而不是金屬鋰製成，儘管這種超輕金屬會增加可產生的能量。存儲。
Empa 和 UNIGE 研究人員重點研究“固體”電池的優勢，以滿足新興市場不斷增長的需求，並生產性能更好的電池：更快的充電速度、更大的存儲容量和更高的安全性。 他們的電池使用固體而不是液體電解質，允許使用金屬陽極，同時阻止枝晶的形成，從而在確保安全的同時存儲更多能量。
“但我們仍然必須找到一種合適的固體離子導體，它除了無毒之外，還具有化學和熱穩定性，並且允許鈉在陽極和陰極之間輕鬆移動，”該系教授漢斯·哈格曼（Hans Hagemann）解釋道UNIGE 理學院化學與物理系。 研究人員發現，一種硼基物質，閉硼烷，可以讓鈉離子自由循環。 此外，由於閉硼烷是一種無機導體，因此可以避免充電過程中電池起火的風險。 換句話說，它是一種具有許多有前途的特性的材料。
Empa 研究員 Léo Duchêne 表示：“困難在於在電池的三層之間建立緊密接觸：陽極由固體金屬鈉組成，陰極由混合鈉鉻氧化物和電解質氯硼烷組成。” 研究人員將一些電池電解質溶解在溶劑中，然後添加鈉鉻氧化物粉末。 一旦溶劑蒸發，他們將陰極粉末複合材料與電解質和陽極堆疊在一起，將各層壓縮在一起形成電池。
Empa 和 UNIGE 的研究人員隨後測試了該電池。 Empa 研究員、該項目負責人阿恩特·雷姆霍夫(Arndt Remhof) 表示：“我們在這裡使用的電解質的電化學穩定性可以承受250 伏電壓，而許多之前研究的固體電解質在相同電壓下會被損壞。”國家科學基金會 (SNSF) 和瑞士熱電存儲能源研究中心 (SCCER-HaE)。 科學家們對電池進行了超過 85 次充放電循環測試，之後仍有 1.200% 的能量可用。 研究人員表示：“但電池需要循環次數達到 XNUMX 次才能投放市場。” “此外，我們仍然需要分析電池在室溫下的行為，以便可以確認是否形成枝晶，從而進一步提高電壓。 我們的實驗仍在進行中。”
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